制程工艺的极限
芯片制造是依赖于精密的光刻、蚀刻、沉积和掺杂等一系列高精度工艺步骤。随着晶体管尺寸的不断缩小，要求对材料性能和设备精度都有了更高的要求。例如，在深紫外线（DUV）光刻技术中，需要使用到0.13微米以下的波长，这就意味着制造单个芯片所需时间和成本都会增加。在这个过程中，还可能会遇到退火不均匀、颗粒问题等其他难以预测的问题。
材料科学的挑战
现代电子器件大多数是基于硅基材料制成，但随着技术进步，人们越来越看重能够提供更快速度或更低功耗特性的新型材料，如二维材料（如石墨烯）、碳纳米管等。然而，这些新兴材料在工业规模上进行处理、组装还面临许多挑战，比如如何保证质量稳定性、如何解决接口问题，以及如何有效地将其集成到传统硅基电路中。
量子效应与热管理
随着晶体管尺寸减小，量子力学现象开始影响电子行为。这包括但不限于热激发效应、高斯分布下的热电流效应以及各类非理想行为导致的能量损失。这些效应都严重影响了芯片性能，使得温度控制成为一个关键因素。而且，由于面积减少，而功率保持相似，所以散热变得更加困难，这使得设计时需要考虑大量复杂算法来实现最佳性能。
生产环节中的不可预测性
从原料采购到最终产品测试，每一步都可能出现各种意外情况。比如原料供应链断裂、中间产品品质异常、新设备故障或者人为错误等，都可能导致整个生产线停滞。此外，由于微观物理现象非常敏感，一些化学反应甚至可以通过微小变化而产生巨大的差异，从而影响最终产品的一致性。
环境保护与可持续发展
近年来，对环境友好型半导体制程也日益受到关注。这包括使用清洁能源替代传统化石燃料用于生产过程，同时提高废弃物回收利用率以减少环境污染。此外，还有关于电子垃圾处理的问题，因为旧手机、小便利器械等电子产品数量庞大，其回收处理方式目前仍然存在很多未解决之处，为此需要研发出新的循环经济模式来推动行业向可持续发展方向转变。
